Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Органические вяжущие материалы. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 131 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА

(МИИТ)»

______________________________________________

Кафедра «Автомобильные дороги, аэродромы, основания

и фундаменты»

Т.Н. Акимова

ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ

МАТЕРИАЛЫ

Учебное пособие

для студентов направления 08.03.01 «Строительство»

Москва - 2018

УДК 625.7 А 39

Акимова Т.Н. Органические вяжущие материалы:

Учебное пособие. – М.: РУТ (МИИТ), 2018. – 121 с.

В данном учебном пособии приведены сведения об

органических вяжущих материалах, применяемых в

дорожном строительстве: вязких и жидких дорожных битумах, сланцевых битумах, дёгтей, битумных дорожных

эмульсиях. Дана их классификация, виды, способы получения, состав и структура, свойства и методы испыта-

ния, область их применения, нормативные требования. В

разделе «Производство нефтяных битумов» использованы материалы, предоставленные проф. Э.В. Котлярским, в разделе «Структура битумов»; раздел «Структура биту-

мов» - материал из книги А.В. Косьмина и В.А. Золотарёва «Строительное материаловедение» (Харьков, 2003 г.).

Рекомендовано для студентов, обучающихся по

направлению подготовки 08.03.01 «Строительство»,

изучающих дисциплины «Строительные материалы»,

«Дорожное материаловедение».

Рецензенты:

главный специалист, д.т.н., А.В. Руденский

(РОСДОРНИИ); д.т.н., профессор кафедры «Строительные материалы и технологии» РУТ (МИИТ) Добшиц Л.М.

ВВЕДЕНИЕ

Органические вяжущие представляют собой группу

природных или искусственных твёрдых, вязко-пластичных

или жидких веществ, состоящих из смеси высокомолеку-

лярных соединений (углеводородов) и их неметаллических производных, изменяющих свои физико-химические свойства в зависимости от температуры.

Органические вяжущие (битумы и дёгти) широко применяются для устройства конструктивных слоёв дорожных одежд на дорогах, тротуарах, полах, изготовления мастик, рулонных кровельных и других гидроизоляционных материалов, для защиты от коррозии бетона,

металлов, древесины и проч.

Природные органические вяжущие материалы (битумы, асфальт) были известны в глубокой древности. Их использовали в качестве строительного материала в Вавилоне, Египте, Ассирии более 4 тыс. лет назад. В дальнейшем с появлением извести применение асфальтовых материалов сокращается, и лишь в XVI и в особенно-

сти XVII столетиях начал снова проявляться интерес к

асфальту. В этот период были обнаружены залежи асфаль-

та в Перу и на Кубе, а несколько позже в Швейцарии,

Иране и других местах. С середины ХIХ века трамбован-

ный асфальт начали применять для устройства мостовых

во Франции. В 1876 г. впервые в США применили литой асфальт, приготовленный с использованием нефтяных битумов. В России в этот период было организовано

товарищество Сызранского асфальтового завода (1873 г.), но развитие отечественного производства органических

вяжущих материалов было весьма ограничено, до империалистической войны асфальт ввозился из Германии и

Америки.

Систематические работы по исследованию и применению органических вяжущих материалов для дорожного строительства в нашей стране начали проводиться с

1925-27 г.г. В настоящее время основной материал для покрытия автомобильных дорог – это материал с приме-

нением нефтяных битумов. Сегодня в Российской Федерации дорожная сеть с усовершенствованным покрытием на

95% имеет покрытия из материалов на основе органических вяжущих.

1. ОБЩИЕ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ

ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ

Органические вяжущие материалы характеризуют-

ся следующими общими основными свойствами:

 их консистенция изменяется в зависимости от тем-

пературы;

 обладают хорошим сцеплением (адгезией) с камен-

ным и другим материалом;

 при нагреве до 80…160

С они переходят в жидко-

подобное (текучее) состояние, легко перемешиваются и объединяются с каменным и другими материалами;

 при понижении температуры до 20…30

С они за-

густевают, приобретают упруго-пластичные свойства, что

в смеси с каменным материалом приводит к образованию достаточно прочных и устойчивых строительных материа-

лов типа бетона;

 при отрицательных температурах становятся твёр-

дыми и хрупкими;

 обладают водоотталкивающими (гидрофобными)

свойствами;

 химически стойки (кислотоупорны) и относительно

морозоустойчивы.

Органические вяжущие

материалы

Битумы

Дёгти

Природ-

ные

Нефтяные

Сланце-

вые

Каменно-

угольные

Торфяные

Древесные

Рис. 1. Классификация органических

вяжущих материалов

Общая классификация органических вяжущих материалов по генезису приведена на рис. 1.

I. По виду сырья органические вяжущие делятся на битумы и дёгти. Битумы могут быть природными, нефтяными и сланцевыми.

Природные битумы находятся в природе почти в

чистом виде или извлекаются из асфальтовых горных

пород.

Нефтяные битумы являются продуктом переработки нефти и её асфальто-смолистых остатков.

Сланцевые битумы образуются при переработке продуктов перегонки битуминозных (горючих) сланцев.

Дёгти могут быть каменноугольными, торфяными и

древесными и являются продуктами сухой перегонки соответственно каменного угля, торфа или древесины.

II. По консистенции при нормальной температуре

и связанными с ней главнейшим строительным свойствам битумы и дёгти могут быть твёрдыми, вязкими и жидкими.

Твёрдые битумы и дёгти (пеки) при температуре

20…25ОС

обладают упругими и хрупкими свойствами и

приобретают подвижность и текучесть при достаточно

высокой температуре – от 180 до 200ОС.

Вязкие битумы и дёгти при температуре 20…25

являются полутвёрдыми вязко-пластичными материалами

с незначительной упругостью, которые приобретают

подвижность при температуре 120…180ОС.

Жидкие битумы и дёгти при температуре 20…25

С представляют собой полужидкие материалы, которые переходят в текуче состояние при температуре 20…120

С. По мере испарения лёгких фракций, окисления и полимеризации они постепенно загустевают и приобретают свойства вязких (и со временем твёрдых) битумов и

дёгтей.

III. По назначению битумы и дёгти подразделя-

ются на:

 дорожные (вязкие и жидкие);  строительные (вязкие и твёрдые);  кровельные (вязкие и твёрдые);  изоляционные (твёрдые);  специальные (твёрдые).

Контрольные вопросы

1. Назовите общие свойства органических вяжущих. 2. Назовите основные органические вяжущие. 3. Как классифицируются органические вяжущие по виду сырья?

4. Как классифицируются органические вяжущие по консистенции? 5. Как классифицируются органические вяжущие по назначению?

2. НЕФТЯНЫЕ БИТУМЫ

2.1. Нефть и методы её переработки

В подавляющем большинстве случаев для различ-

ных видов работ применяются нефтяные битумы.

Нефть - жидкое органическое полезное ископаемое от жидко-текучей до вязкой густой консистенции, от прозрачно-коричневого до темно-бурого цвета, с запахом керосина и серы. Плотность нефти колеблется от 800 до 1000 кг/м3. Основные химические элементы нефти - это углерод (С) 84…87 % и водород (Н) 12…14%; в меньшем количестве содержатся кислород (О) - до 2%, сера (S) 0,01…7%, азот - до 0,2%.

Органические высокомолекулярные соединения

образуют углеводороды метанового CnH CnH2n, ароматического (бензольного) CnH

, нафтенового

2n+2

рядов.

2n-6

Химическая классификация нефти основана на со-

держании углеводородов. В соответствии с этой классификацией нефти делятся на три основных типа: метановые,

нафтеновые, ароматические (бензольные). Основные

углеводороды обычно присутствуют в нефти в различных количествах. Вместе с метановыми в них могут содержаться нафтеновые и ароматические углеводороды. С учетом преобладания того или иного вида основных углеводородов в природе встречаются дополнительные типы смешан-

ных нефтей: метано-нафтеновые, нафтено-метановые, бензольно-нафтеновые, нафтено-бензольные, бензольнометановые, метано-бензольные, метано-бензольнонафтеновые.

Вместе с указанными углеводородами в нефти со-

держатся их кислородные, азотистые и сернистые соеди-

нения.

По содержанию асфальто-смолистых веществ нефти

подразделяют на:

 высокосмолистые - более 20%;

 смолистые – 8…20%;

 малосмолистые - меньше 8%.

По содержанию твердых парафинов нефти подраз-

деляют на:

 высокопарафинистые - более 6%;

 парафинистые - 2…6%;

 малопарафинистые - меньше 2%.

Наиболее пригодны для переработки на битум нефти ароматического ряда, высокосмолистые, малопара-

финистые.

Нефть перерабатывается на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) с целью выделения из неё топлива, смазочных материалов и ряда других продуктов. Переработка осуществляется по трём основным технологическим

процессам:

 фракционирование (дистилляция) нефти на со-

ставляющие группы углеводородов по их температуре

кипения или конденсации;

 крекирование – химическое расщепление моле-

кул тяжёлой части нефти, в результате чего получаются

более лёгкие (бензино-керосиновые) углеводороды и смолистые вещества;

 специальные виды переработки отдельных ча-

стей фракций нефти с целью получения ряда нефтепро-

дуктов.

Фракционная разгонка нефти – основной вариант переработки - заключается в постепенном её нагревании с испарением отдельных фракции углеводородов, которые в

дальнейшем подвергаются раздельной конденсации. Этот процесс даёт возможность разделить нефть на отдельные

фракции в зависимости от температуры их кипения. Технологическая схема прямой перегонки нефти и получения сырья для производства нефтяных битумов

приведена на рис. 2.

Рис. 2. Технологическая схема прямой перегонки нефти и

получения сырья для производства нефтяных битумов

1 – теплообменник; 2 – нагревательная печь; 3 – ректи- фикационная колонна; 4 – вакуумная колонна; 5 – установка деасфальтизации;6 – установка селективной очистки масел. I – нефть; II – мазут; III – гудрон; IV – асфальт деасфальтизации;V – топливные дистилляты; VI – масляные дистилляты; VII – рафинаты масел; VIII – дистиллятный экстракт; IX – масляные дистилляты;X – рафинаты масел; XI – остаточный экстракт.

После обессоливания и обезвоживания нефть прокачивают через теплообменник 1, а затем через змеевик, находящийся в нагревательной печи 2, где нагревается до 300…350ОС, при этом большая её часть переходит в газообразное состояние. Пары нефти вместе с неиспарившимся остатком по трубопроводу поступают в ректификационную колонну 3, где их разделяют на дистилляты. Ректификационная колонна представляет собой стальной цилиндр высотой до 30 м и диаметром 3…4 м. Внутри колонны имеется несколько десятков горизонтальных тарелок. При разделении смеси соединений на фракции их отбирают с отдельных тарелок. С верхних тарелок отбира-

ют бензиновую фракцию, с тарелки, лежащей ниже, -

фракцию реактивного топлива, примерно с середины

колонны - керосиновую. Ещё ниже отбирают фракцию

дизельного топлива. Бензиновая фракция выкипает при температуре до 120

С, фракция реактивного топлива – в

пределах 120…240ОС, фракция дизельного топлива в интервале температур 240…380ОС. В самом низу колонны

собирается тяжёлый густой остаток – мазут.

Чтобы добиться более глубокой перегонки нефти, надо повысить температуру нагрева или понизить температуру кипения оставшихся нефтяных фракций. Для перегонки высококипящих соединений, не испарившихся в ректификационной колонне, используют колонну с пониженным давлением. Её называют вакуумной. В эту колонну 4 подают нагретый мазут, а его пары разделяют на масляные

дистилляты. При перегонке мазута в вакуумной колонне

получают дистилляты смазочных масел: на верхних тарелках колонны находятся дистилляты лёгкого солярово-

го масла, ниже – дистилляты веретённого, машинного, автомобильного масел.

1 / 131 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]